Как делают компьютеры

Создание примитивного компьютера с нуля / Хабр

Компьютер — это просто. Или нет?

Эта мысль явно прослеживается в книге Чарльза Петцольда «Код» — хорошее чтиво для тех, кто хочет разобраться в устройстве компьютера на пальцах не тратя особо времени. Эта книга произвела сильное впечатление на меня, да так, что я решил, что компьютер и вовсе банально простой агрегат и ничего сложного в нём нет.

Но это не так. После прочтения у меня всё-таки поселилось ощущение того, что от меня что-то сокрыто, что какие-то аспекты архитектуры вовсе не затрагивались. За бо́льшими объёмами информации я обратился к следующей книге — «Архитектура Компьютера» Эндрю Таненбаума. Информация в этой книге оказалась гораздо обширнее, однако я получил не совсем то, чего хотел.

На этом мой путь в мире архитектуры ЭВМ приостановился, началась учёба, я отвлёкся на другие, более интересные для меня на тот момент проекты. Но, к сожалению, я из тех людей, которые не могут без угрызений совести пользоваться чем-либо, не зная хотя бы примерно механизма работы этого инструмента. Это заставляло меня искать материал буквально обо всём.

Череда разочарований наступила после прочтения нескольких глав книг об игровых движках, компиляторах, операционных системах и пр. Я просто растерялся: мир, который казался мне логичным и в меру простым в миг стал огромным и запутанным, требующим внушительных объёмов знаний.

Начало великого пути

И тогда я начал с новыми силами бороздить просторы интернета в поисках литературы. Мне очень повезло, что я наткнулся на замечательную книгу «The Elements of Computing Systems. Building a Modern Computer from First Principles» by Noam Nisan and Shimon Schocken(нет русского издания). В ней именно для таких, как я показывают создание реально работающего компьютера с нуля, то есть из логических вентилей.

Я загорелся идеей и приступил к работе. Начал с того, что когда-то уже делал после прочтения Петцольда, — сумматоры, регистры, мультиплексоры. Это одни из самых простых устройств, работу которых вовсе не сложно понять (если не думать об эффективности), а сделать такие можно за 10 минут в удобном приложении на вашем смартфоне.

Каждую следующую главу я начинал с жаждой знаний. Сконструировал АЛУ, руководясь заданиями в книге. Не могу сказать, что что-то в нём придумал я, скорее мне дали готовые детальки, а я их собрал в красивую машину. Зато какое удовольствие я получил, когда понял, что я своими руками собрал полностью работающее АЛУ.

Первые плоды

На самом деле эта тема в книге не была полностью опущена. Там говорится о том, что ассемблер можно написать, используя любой высокоуровневый язык программирования. Меня как слабоумного и отважного такой вариант не сильно устраивает, я хочу всё сделать своими ручками используя тот процессор, который у меня есть. И да, я понимаю, что потеряю много времени, но я получу от этого удовольствие, я уверен.

В общем говоря, иногда проект просто не открывается из-за нехватки оперативной памяти. Выглядит как тупик, но я не намерен останавливаться на этом.

полное руководство с фото и видео

Умения, позволяющие самостоятельно проапгрейдить свой компьютер, расширив возможности системы до нужного уровня или отремонтировать его. В обоих случаях вам потребуется заменить нужные «кубики» или на исправные, или на обладающие требуемыми характеристиками.

Возможность в будущем – при желании – выполнить моддинг системы, превратив настольный ПК из утилитарного предмета в арт-объект. Разумеется, система при этом сохранит все свои функции, то есть будет не только дом украшать, но и работать.

Собирайте ПК вместе с детьми: подрастающему поколению дополнительные знания по компьютерной технике будут полезны, а совместная деятельность (да еще и руками!) сближает членов семьи.

Получить заметную экономию, собирая компьютер самостоятельно, вряд ли получится. Мы дадим нужные рекомендации по выбору комплектующих по оптимальным ценам, но у производителей, по понятным причинам, это получается лучше. Кроме того, производители выполняют оптовые закупки, что всегда дешевле, чем покупка в розницу. Следует также помнить о затрачиваемом времени на весь процесс сборки компьютера, а «время – деньги».

инструкция и советы от iChip.ru

• Рейтинги
• Обзоры
  • Смартфоны и планшеты
  • Компьютеры и ноутбуки
  • Комплектующие
  • Периферия
  • Фото и видео
  • Аксессуары
  • ТВ и аудио
  • Техника для дома

Как делают компьютеры?

Как делают компьютеры?

Сегодня практически у каждого человека есть компьютер. Но большинство пользователей даже и представить себе не могут, как делают компьютеры и что скрывается за металлическим корпусом системного блока.

Компьютер состоит из двух крупных блоков устройств:

• системного блока. Именно здесь расположены основные узлы компьютера;
• периферийных устройств ввода и вывода. К этому блоку относятся:

1. клавиатура;
2. мышь;
3. монитор;
4. сканер;
5. принтер;
6. модем.

Системный блок

Системный блок состоит из:

• микропроцессора;
• материнской платы;
• видеокарты;
• жесткого диска;

Микропроцессор

Основа-основ, мозг любого компьютера. Его основная задача – это управление работой всего устройства. Именно он выполняет различные логические и арифметические операции, работает со всей информацией, которая поступает в компьютер. Основных характеристик процессора две:

• Разрядность. Этот параметр указывает, какое количество бит информации процессор примет и обработает за единицу времени.
• Тактовая частота. А вот она как раз определяет скорость, говорит о том, сколько операций процессор может выполнить в секунду.

Современный микропроцессор состоит из миниатюрного чипа, установленного на электронную карту. Его производство начинается с изготовления специального керамического квадрата: подложки. На нём закрепляют сам микрочип. После установки чипа на подложку происходит пайка. Для этого будущий процессор отправляют в печь с температурой 360 градусов. Далее на процессор устанавливают специальную крышку. Она одновременно защищает его и поглощает выделяемое тепло. Последний этап проверки чипа перед установкой его на электронную карту – контрольная проверка качества. Чип на 12 часов отправляется в печь, разогретую до 140 градусов. И только после этого, уже на другом заводе, собирают чип и электронную карту вместе, производят, собственно, сам микропроцессор.

Материнская плата

«Сердце» компьютера. Именно на материнскую плату устанавливается микропроцессор, к ней подключаются остальные узлы компьютера.

Первым делом создаётся эталонная конструкция материнской платы. Она определяет её основные конфигурации и принцип работы. Как правило, на основе эталонной конструкции в дальнейшем разрабатывают три варианта:

• бюджетный;
• материнские платы средней ценовой категории;
• самые дорогие, с повышенной производительностью.

В начале сборки платы попадают в автомат, который наносит припой в необходимых местах. После этого, со скоростью в десятые доли секунды аппарат-укладчик устанавливает на плату различные чипы.

На втором этапе, уже вручную, добавляют более крупные компоненты (это разнообразные порты, разъёмы, слоты). Закрепляют эти компоненты в специальной машине. Последними на материнскую плату устанавливают системы охлаждения. В процессе создания и сразу после материнская плата постоянно проходит тестирование.

Видеокарта

Именно она преобразует графический образ из памяти компьютера в то, что мы видим на мониторе. Встроенные видеокарты – неотъемлемая часть материнской платы. Для сборки видеокарт применяют две технологии:

• открытый монтаж;
• монтаж с использованием отверстий в плате. Именно в эти отверстия помещают компоненты платы, после чего припаивают их. Закрепляются компоненты на плате с помощью паяльной пасты. А наносят пасту по особому шаблону.

Открытый монтаж

Открытый монтаж делается специальным автоматом и тут принцип похож на создание материнской платы. Со скоростью 10 компонентов в секунду аппарат автоматически устанавливает их в нужных местах.

Сама припайка компонентов к плате происходит в конвекционной печи при температуре в 240 градусов. Все разъёмы видеокарты в соответствующие отверстия на плате устанавливаются вручную.

Жёсткий диск или винчестер

Основное хранилище информации в компьютере. Именно здесь хранится всё: от текстовых документов до всевозможных игр.

Жёсткий диск состоит из магнитных пластин и блока головок с соленоидным мотором. Всё это монтируется в алюминиевом корпусе.

Самый ответственный и сложный процесс в изготовлении жёсткого диска – производство слайдера. Это кристаллы с головками чтения и записи. Они – самые мелкие и точные компоненты винчестера. Создают их, формируя особые многослойные структуры и рисунки на поверхности пластин из особого материала: сплава оксида алюминия и карбида титана.

Эти пластины впоследствии на фабрике в специальной машине режут на полосы, с которыми уже работают дальше. Эти полосы проходят многоступенчатую обработку, в результате которой получаются уже индивидуальные «слайдеры» с парой головок в каждом.

Корпус жёсткого диска герметичен, и собирают его в специальной «чистой» комнате, так как расстояние между компонентами жёсткого диска измеряется в нанометрах и любая пылинка может уничтожить оборудование.

Несмотря на то, что большинство процессов в изготовлении компьютерных комплектующих автоматизированы, до сих пор существует много операций, которые выполнить можно только вручную. Так что, на одном и том же предприятии трудятся и суперсовременные роботы, и обычные сборщики. И все вместе они делают компьютеры.

Видеогайд: как собрать компьютер своими руками | Сборка компьютера, апгрейд | Блог

Многие пользователи опасаются собирать компьютер самостоятельно. Казалось бы, что тут такого? Распаковал, вынул, вставил, прикрутил, навалил термопасты под кулер побольше и можно работать. Но не все так просто.

Желательно знать, как устанавливается центральный процессор, в чем разница сокетов Intel и AMD, какие бывают разъемы у блока питания, какой стороной прикручивать вентиляторы и куда втыкать шлейфы. А самое главное — правильный порядок сборки. Забудете про блок питания и прикрутите сразу материнку — не сможете продеть кабель питания CPU. Закрепите сначала массивный кулер на процессор с выпирающим вентилятором — будут проблемы установкой оперативной памяти. Вставите видеокарту раньше SSD M.2, которая перекроет сам слот M.2 — откручивай видяху и всё по новой.

Нюансов много, и новичкам в 99% случаев сложно учесть все моменты. Зачем тыкаться в потемках и учиться сборке методом проб и ошибок, когда можно посмотреть инструкцию? Опытные ребята быстро и понятно объяснят вам, как делать правильно.

Кроме видеоролика, существует и текстовый вариант:

Как самостоятельно собрать ПК из комплектующих

✔Как собрать компьютер - пошаговое руководство

Если мы собираемся купить настольный компьютер, нам не нужно выбирать один из готовых комплектов.

Мы можем выбрать компоненты, которые идеально соответствуют нашим потребностям и нашему бюджету, а затем мы можем собрать компьютер самостоятельно.

Решив собрать компьютер самостоятельно, мы сэкономим наши кровные. При покупке компонентов онлайн мы можем легко сравнивать цены и искать акции. Дополнительным преимуществом этого решения является то, что, если мы позже захотим модифицировать компьютер, мы не потеряем гарантию, открыв корпус, как в случае с готовыми комплектами. Каждый купленный нами элемент имеет собственную гарантию производителя.

Процесс сборки довольно прост, и каждый должен иметь возможность собрать машину своей мечты.

Производители прилагают довольно конкретные инструкции к отдельным элементам, что ни у кого не должно вызывать проблем. Таким образом, мы сэкономим деньги, настроим компоненты под наши нужды, сможем использовать гарантию на каждый компонент отдельно.

Из этого руководства мы узнаем, как выбирать компоненты и как собирать их шаг за шагом.

Сборка компьютера проста. Однако, если мы чувствуем себя крайне неуверенно по техническим вопросам, мы можем воспользоваться помощью специалистов.

Если все компоненты приобретены в одном интернет-магазине, обычно мы можем выбрать дополнительную опцию сборки - платную или бесплатную (в зависимости от магазина). Даже если нам придется доплачивать за эту услугу, самодельный набор будет дешевле и лучше соответствовать нашим потребностям, чем готовый компьютер.

Выбор компонентов - что искать?

Соответствующий, вдумчивый выбор компонентов является наиболее важным, ключевым этапом самостоятельной сборки компьютера. Мы должны их подбирать, чтобы они не только соответствовали нашим требованиям, но и соответствовали друг другу.

1. Бюджет.

Мы начинаем с определения того, сколько денег мы можем потратить на покупку компьютера.

2. Область применения.

Мы определяем, для чего компьютер будет использоваться в основном - для работы в офисе, для работы в Интернете, для воспроизведения или для обработки графики или видео.

3. Процессор.

Производительность компьютера зависит в первую очередь от процессора или вычислительного устройства. Мы можем выбрать для установки продукты одной из двух компаний - AMD или Intel.

Это решение повлияет на выбор материнской платы - разные процессоры работают на разных сокетах. И если мы планируем разогнать процессор, то необходимо выбрать модель с разблокированным множителем.

Для получения подробной информации, пожалуйста, обратитесь к описанию выбранного процессора.

4. Система охлаждения.

Если мы выберем разблокированный процессор, то не найдем никакого охлаждения в комплекте, мы должны их дополнительно докупить.

Выбор огромен. Эффективные пассивные системы идеальны, когда вам необходима тишина. Однако, если мы намерены разогнать процессор до предела его возможностей, мы должны выбрать охлаждение, которое позволит нам сделать это.

Более подробно об этом писали ранее «Разбор системы охлаждения персональных компьютеров»

Также не забудьте купить теплопроводящую пасту, если она не входит в комплект поставки системы охлаждения.

Никогда не устанавливайте систему охлаждения без использования термопасты!

5. Материнская плата

Самое главное при ее выборе, чтобы она была совместима с процессором.

Например, тип сокета процессора Intel i5 7700K - Socket 1151 - мы должны искать её с таким сокетом.

Далее следует обратить внимание на количество разъемов на плате, количество USB-портов, выход на мониторы.

Чипсет также важен, например, платы Z170 не будут поддерживать процессоры, более новые, чем i7 6700K.

6. RAM

RAM - это оперативная память компьютера.

Если вы хотите комфортно использовать компьютер с Windows 10, лучше выбрать как минимум 8 ГБ памяти. Также обратим внимание на его обозначения. Нам нужно искать кости, которые будут совместимы с нашей материнской платой.

Если выбранная плата поддерживает память типа DDR4 2400 МГц, нет смысла покупать намного более дорогую память типа DDR4 3200 МГц, потому что в худшем случае они не будут работать, а в лучшем случае их работа будет замедлена.

7. Видеокарта.

В настоящее время покупка графической карты является дополнительным выбором, поскольку в процессоры встроены графические чипы, которые могут работать с фильмами высокой четкости и старыми играми. Однако, если мы хотим играть в новейшие игры или использовать компьютер для обработки графики, мы должны купить карту.

Вам просто нужно проверить, совместима ли выбранная модель с материнской платой.

8. Диски.

Если сохранение важнее для нас, чем производительность, мы можем использовать диски со старого компьютера. Но если мы хотим работать комфортно, лучше всего купить быстрый SSD-диск, на котором будет установлена система, и второй жесткий диск, который будет хранилищем данных.

SSD должен иметь емкость не менее 120 ГБ. Если материнская плата поддерживает диски с разъемом M.2, мы можем выбрать такой накопитель, и нам не придется беспокоиться о дополнительных проводах.

9. Блок питания.

Блок питания выбирается в конце - нам нужно знать, какое энергопотребление будет иметь наш аппарат. Мы можем определить это с помощью специальных калькуляторов.

Покупаем блок питания с постоянной мощностью на 10-20 процентов выше, чем нам нужно.

Для большинства пользователей будет достаточно источника питания 500 Вт на основной линии. Однако, если мы купим мощный процессор и две мощные видеокарты, включим их, то может оказаться, что даже 800 Вт недостаточно.

Более подробно об этом писали ранее «Как выбрать блок питания для своего компьютера?»

10. Корпус.

После выбора всех компонентов мы можем искать корпус.

Самым важным является проверка всех размеров - будет ли она соответствовать нашей материнской плате, будет ли она достаточно широкой, чтобы вместить нашу систему охлаждения, или будет достаточно длинной, чтобы соответствовать видеокарте.

Кроме того, мы можем выбрать корпус, который облегчает управление проводами и имеет место для блока питания снизу, что важно для тяжелых блоков.

Также важны легкодоступные разъемы и порты спереди - чем их больше, тем реже нам придется добираться до задней части корпуса.

11. Другие важные элементы.

Довольно дорогим и важным элементом является монитор, без которого мы не сможем наслаждаться новым компьютером. Если вы планируете много работать с таблицами, графикой, текстами, стоит выбрать до двух мониторов. 

Читайте так же 

«Как выбрать игровой монитор?» 

«Подключаем к компьютеру дополнительный монитор»

Давайте не будем забывать о клавиатуре, мышке, графическом планшете.

Также важно приобрести операционную систему, но если вы выберете Linux - то вам не понадобятся никакие лицензии.

Сколько мы сэкономим?

Самостоятельная сборка компьютера обходится дешевле, чем покупка готового комплекта. Кроме того, мы точно знаем, какие элементы мы покупаем, и мы всегда можем модифицировать оборудование. В случае с готовыми компьютерами может случиться так, что мы не знаем, какие компоненты они содержат, а вскрытие корпуса в большинстве случаев приводит к потере гарантии.Например, цена самосборного комплекта дешевле почти на 27 процентов.

В случае последних комплектов с SSD-дисками разница в цене может быть еще больше и достигать 35 процентов.

Очень важно тщательно продумать, что нам нужно, и найти самые дешевые предложения. Многие элементы готового набора неизвестны (не описаны в спецификации), что делает невозможным оценку того, что находится внутри.

Рекомендуемые наборы на любой случай

Если вы рассматриваете возможность самостоятельной сборки и обдумываете выбор компонентов, стоит поискать в интернете примеры готовых сборок, для которых пользователи уже рассчитали все возможные проблемы.

Это правильно подобранные комбинации, в которых все идет рука об руку.

Ниже приведены три примера конфигураций - от самых дешевых, которые будут работать в базовых приложениях, более требовательных - для мультимедийных задач и для самых требовательных и универсальных задач.

Офисная работа и интернет

Это очень популярная конфигурация, требующая минимального бюджета.

Компьютер будет работать нормально, и использование базовых программ, таких как пакет Office, не будет проблемой. Комплект также позволяет удобно пользоваться интернетом или смотреть фильмы в хорошем качестве. Также не должно быть проблем с играми, которые были выпущены несколько лет назад. Игровой процесс может быть не гладким, поэтому для геймеров это не будет лучшим решением, но для многих пользователей этого будет вполне достаточно.

Игры и развлечения

В этом наборе мы найдем новый процессор Intel и довольно эффективную видеокарту. Если мы хотим добиться еще большей производительности в играх, нам придется доплачивать еще и за лучшую видеокарту. Тем не менее, карта, выбранная для этого набора, достигает 50-60 кадров в секунду в игре The Witcher 3 на высоких настройках, что, безусловно, достаточно для гладкой игры и в других ААА играх.

В комплекте нет процессора с разблокированным множителем, поэтому нам не нужно покупать комплект охлаждения, стандартной системы достаточно для отвода тепла от процессора.

Универсальный набор мечты

Это набор мечты - самый дорогой, состоящий из новейших и наиболее эффективных компонентов. Это позволит вам играть во все игры с самыми высокими настройками, а также отлично подойдет для рендеринга видео.

Но если бы у нас был еще больший бюджет, мы могли бы заменить тяжелые и медленные жесткие диски на легкие и быстрые твердотельные накопители.

Собираем компьютер, что будет нужно?

Для сборки компьютера требуются только отвертка и набор компонентов. Нам не нужно иметь специальные инструменты.

Прежде чем начать, распакуйте все предметы из коробок и убедитесь, что нет физических дефектов, таких как сломанные, кривые элементы.

Самым важным местом является разъем процессора на материнской плате. Если после снятия крышки вы заметите, что контакты искажены, не пытайтесь поместить процессор в гнездо.

В этом случае необходимо вернуть плату в магазин по гарантии.

Прежде чем мы начнем, стоит знать несколько правил, которые применяются при работе с электроникой.

Мы не можем допустить электростатического разряда, который может повредить оборудование, поэтому лучше не надевать синтетическую одежду и следить за заземлением при распаковке компонентов из коробок и во время самой сборки. Просто прикоснитесь к чему-нибудь металлическому, например, к корпусу компьютера. Обычно ничего плохого не происходит, но не стоит рисковать повреждением дорогостоящих компонентов.

1. Начнем со сборки материнской платы и процессора.

Давайте положим плату на плоскую поверхность и разблокируем разъем процессора - просто нажмите на рычаг, расположенный на боковой панели разъема.

Монтаж процессора Intel очень прост. Поместите чип со стрелкой в нижнем левом углу и закрепите его с помощью рычага.

Мы можем столкнуться с сопротивлением, но, если вы уверены в расположении процессора, обязательно затяните защиту до конца.

2. Теперь мы можем разобраться со сборкой оперативной памяти.

В случае модулей DDR3 и DDR4 сборка выглядит одинаково. Память может быть установлена только одним правильным способом. Мы должны толкать модули, пока боковая защита не зафиксируется, и мы не услышим характерный звук. Если вы монтируете более одного чипа памяти, проверьте инструкции, в какие слоты вам нужно поместить модули для работы.

3. Установка усовершенствованной системы охлаждения не слишком сложна. 

Просто следуйте инструкциям и правильно зафиксируйте элементы рамы, которая держит систему в полном объеме.

Если дно радиатора имеет неровную поверхность, мы можем выровнять его с помощью теплопроводящей пасты.

4. Перед постоянной установкой охлаждения нам необходимо нанести слой теплопроводящей пасты на процессор, что значительно улучшит качество охлаждения.

Самый простой способ - положить небольшое количество в середину системы, а затем равномерно распределить ее по площади крышки процессора с помощью ненужной пластиковой карточки. Давайте вспомним, что на процессоре еще будет радиатор, поэтому не кладите слишком много пасты, чтобы она не выдавилась в сокет.

5. Затем установите систему охлаждения на основу, идущую в комплекте.

Стандартные системы охлаждения, предлагаемые в комплекте с процессорами Intel, монтируются гораздо проще.

Все, что вам нужно сделать, это пробить специальные отверстия, надавить на штифты и повернуть, чтобы заблокировать, а затем подключить кабель вентилятора в нужное место на материнской плате - обычно он помечен как CPU_FAN .

6. Теперь мы можем перейти к корпусу компьютера.

Вставьте металлическую заглушку портов USB в корпус, затем положите материнскую плату в корпус компьютера, так чтобы разъемы винтов совпали с отверстиями для них и зафиксируйте ее в таком положении.

7. Следующим шагом является сборка дисков в корпус.

Стоит прикреплять их достаточно прочно, так как они могут повредить другие компоненты во время работы. Установка дисков сводится к завинчиванию носителя с каждой стороны.

8. Теперь мы можем приступить к установке блока питания.

В обычном случае для его установки придется держать его с одной стороны и одновременно закручивать с другой в верхней части корпуса, поэтому конструкции с нижним расположением блока питания намного лучше.

9. Теперь мы можем подключить кабели питания и передачи данных.

И расположить их так, чтобы они занимали как можно меньше места. Если у нашего блока питания есть модульная разводка, это будет сделать намного проще, потому что мы подключаем только те кабели, которые будем использовать.

Самый большой 20 + 4 - контактный кабель ATX должен быть подключен к главному входу на материнской плате.

Кабелем питания 4 + 4 pin - подключается питание процессора 6 + 2 - контактный кабель используется для пиитания видеокарт.

Кабели данных (SATA) подключаются к материнской плате и к соответствующим носителям.

Будет лучше, если порт, помеченный как SATA_1, будет подключен к диску, на который будет установлена система.

10. Следующий необязательный шаг - установить все платы PCIe на материнскую плату.

Если вы устанавливаете видеокарту, убедитесь, что мы установили ее в наиболее эффективный порт с обозначением PCIe x16. Однако перед сборкой мы должны сначала избавиться от корпусных заглушек на корпусе в выбранном слоте.

11. У нас еще есть несколько специальных кабелей для информирования о рабочем состоянии компьютера.

Они всегда обозначены соответствующим образом, и из инструкций по материнской плате мы узнаем, куда подключиться. Если в корпусе есть выходы для наушников или USB, нам нужно подключить их к соответствующим местам на плате, только тогда они будут активны.

Если у нас есть дополнительные вентиляторы, мы также можем подключить их к следующим входам на нашей плате, обычно они помечаются как FAN.

12. Теперь мы должны убедиться, что все компоненты собраны правильно, а пространство внутри корпуса максимально отрегулировано для наилучшей циркуляции воздуха.

Когда мы это сделаем, мы можем подключить все кабели к задней панели корпуса. Здесь все просто, нужно лишь обратить внимание на аудиоразъем, динамики/наушники, подключить к зеленому выходу, микрофон к оранжевому.

Если у вас есть видеокарта, подключите монитор к её выходам, а не к выходам материнской платы.

Если мы этого не сделаем, видеосигнал будет выдаваться встроенным видеоядром процессора.

Как работают компьютеры? Простое введение

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 12 апреля 2020 г.

Это был, вероятно, худший прогноз в история. Еще в 1940-х Томас Уотсон, глава гигантской корпорации IBM, по общему мнению, предсказывал что миру потребуется не более «примерно пяти компьютеров». Шесть десятилетий спустя и мировая популяция компьютеров теперь выросла примерно до одного миллиарда машин!

Честно говоря, Ватсон, компьютеры сильно изменились за то время.В 1940-х они были гигантскими научных и военных гигантов по заказу правительства в стоимость в миллионы долларов за штуку; сегодня большинство компьютеров даже не узнаваемы как таковые: они встроены во все, от микроволновых печей до мобильных телефонов и цифровых радио. Что делает компьютеры достаточно гибкими, чтобы работать во всех этих разная техника? Почему они так феноменально полезны? И как точно они работают? Рассмотрим подробнее!

Фото: НАСА управляет одними из самых мощных в мире компьютеры, но это просто супер-увеличенные версии одного вы используете прямо сейчас.Фото Тома Чиды любезно предоставлено НАСА.

Что такое компьютер?

Фото: Компьютеры, которые раньше занимали огромную комнату, теперь удобно умещаются на пальце !.

Компьютер - это электронная машина, обрабатывающая информацию. слова, информационный процессор: он принимает необработанная информация (или данные) на одном конце, хранит ее, пока готовый поработать с ним, жует и немного хрустит, а затем выплевывает результаты на другом конце. У всех этих процессов есть имя.Получение информации называется вводом, хранение информации более известно как память (или хранилище), информация о жевании также известна как обработка, и выдача результатов называется выводом.

Представьте, если бы компьютер был человеком. Предположим, у вас есть друг, который действительно хорошо разбирается в математике. Она настолько хороша, что все, кого она знает, отправляют свои математические задачи на ее. Каждое утро она подходит к своему почтовому ящику и находит кучу новые задачи по математике ждут ее внимания. Она складывает их на нее стол, пока она начинает смотреть на них.Каждый день она снимает письмо вершина стопки, изучает проблему, прорабатывает решение и нацарапает ответ на обороте. Она ставит это в конверте на имя человека, который прислал ей оригинал проблема и вставляет ее в свой лоток, готовый к отправке. Затем она переходит в следующее письмо в стопке. Вы видите, что ваш друг работает прямо как компьютер. Ее почтовый ящик - это ее вклад; куча на ее столе это ее память; ее мозг - это процессор, который вырабатывает решения к проблемам; а выходной лоток на ее столе - это ее продукция.

Как только вы поймете, что компьютеры - это ввод, память, обработка и вывод, весь мусор на вашем столе станет более понятным:

Artwork: компьютер работает, комбинируя ввод, хранение, обработку и вывод. Все основные части компьютерной системы задействованы в одном из этих четырех процессов.

• Вход : клавиатура и мышь, для Например, это просто единицы ввода - способы ввода информации в ваш компьютер, который он может обрабатывать.Если вы используете микрофон и программное обеспечение для распознавания голоса, это другая форма ввода.
• Память / хранилище : Ваш компьютер, вероятно, хранит все ваши документы и файлы на жестком диске: огромный магнитная память. Но небольшие компьютерные устройства, такие как цифровые фотоаппараты и мобильные телефоны используют другие типы запоминающих устройств, например карты флэш-памяти.
• Обработка : процессор вашего компьютера (иногда известный как центральный процессор) является микрочип закопан глубоко внутри.Он работает невероятно усердно и невероятно жарко в процессе. Вот почему на вашем компьютере немного вентилятор уносит прочь - чтобы мозг не перегрелся!
• Выход : Ваш компьютер, вероятно, имеет ЖК-экран способна отображать графику с высоким разрешением (очень детализированную), а также, возможно, стереодинамики. У вас может быть струйный принтер на вашем столе тоже, чтобы сделать более постоянная форма выпуска.

Что такое компьютерная программа?

Как вы можете прочитать в нашей длинной статье по истории компьютеров, первая компьютеры были гигантскими вычислительными машинами, и все, что они когда-либо это были "решающие цифры": решать долго, сложно или утомительно математические задачи.Сегодня компьютеры работают с гораздо большим разнообразием проблемы - но все они, по сути, вычисления. Все компьютер делает, помогая вам редактировать фотографию, которую вы сделали с цифровой камерой для отображения веб-страница включает в себя управление числами тем или иным способом.

Фото: Калькуляторы и компьютеры очень похожи, потому что оба работают, обрабатывая числа. Однако калькулятор просто вычисляет результаты расчетов; и это все, что он когда-либо делал.Компьютер хранит сложные наборы инструкций, называемых программами, и использует их для выполнения гораздо более интересных вещей.

Предположим, вы смотрите на цифровую фотографию, которую вы только что сделали краской или программа для редактирования фотографий, и вы решаете, что хотите ее зеркальное отображение (в другими словами, переверните это слева направо). Вы, наверное, знаете, что фото состоит из миллионы отдельных пикселей (цветных квадратов), расположенных в виде сетки шаблон. Компьютер хранит каждый пиксель в виде числа, поэтому цифровой фотография действительно похожа на мгновенное упорядоченное упражнение в рисовании числа! Чтобы перевернуть цифровую фотографию, компьютер просто переворачивает последовательность чисел, поэтому они идут справа налево, а не слева направо. правильно.Или предположим, что вы хотите сделать фотографию ярче. Все вы иметь для этого нужно сдвинуть маленький значок «яркость». Затем компьютер работает через все пиксели, увеличивая значение яркости для каждого из них скажем, на 10 процентов, чтобы сделать все изображение ярче. Итак, еще раз, проблема сводится к числам и расчетам.

Компьютер отличается от калькулятора тем, что он может работать. все само по себе. Вы просто даете ему свои инструкции (называемые программой) и он идет, выполняя длинную и сложную серию операций, все сам по себе.Еще в 1970-х и 1980-х, если вы хотели домашний компьютер чтобы сделать что угодно, вам нужно было написать свою маленькую программу сделать это. Например, прежде чем вы могли написать письмо на компьютере, вам нужно было написать программу, которая будет читать буквы, которые вы набираете на клавиатуры, сохраните их в памяти и отобразите на экране. Написание программы обычно занимало больше времени, чем ее выполнение. было то, что вы изначально хотели сделать (написать письмо). милая вскоре люди начали продавать программы вроде текстовых редакторов, чтобы спасти вас необходимость писать программы самостоятельно.

Сегодня большинство пользователей компьютеров полагаются на заранее написанные программы, такие как Microsoft Word и Excel или загрузите приложения для своих планшетов и смартфоны, не особо заботясь о том, как они туда попали. (Приложения, если вы когда-нибудь задумывались, - это просто очень аккуратно упакованный компьютер программ.) Вряд ли кто-нибудь уже пишет программы, что очень жаль, потому что это очень весело и очень полезно. Большинство людей рассматривают свои компьютеры как инструменты, которые помогают им выполнять работу, а не как сложные электронные машины они должны предварительно программировать.Некоторые скажут, что это тоже хорошо, потому что у большинства из нас есть дела поважнее, чем компьютер. программирование. Опять же, если мы все полагаемся на компьютерные программы и приложения, кто-то должен напишите их, и эти навыки необходимы для выживания. К счастью, недавно был возрождение интереса к компьютерному программированию. «Кодирование» (неофициальное название программирования, поскольку программы иногда называют «кодом») снова преподается в школах с помощью простого в использовании программирования такие языки, как Scratch.Растет движение любителей, связанных создавать самостоятельно такие гаджеты, как Raspberry Pi и Arduino. Клубы кода, где волонтеры обучают детей программированию, возникают по всему миру.

В чем разница между программным и аппаратным обеспечением?

Прелесть компьютера в том, что он может запускать текстовый редактор. минуту, а через пять секунд программа для редактирования фотографий. В другом слова, хотя мы не думайте об этом так, компьютер можно перепрограммировать как сколько угодно раз.Вот почему программы еще называют программным обеспечением. Они "мягкие" в том смысле, что они не фиксированы: их можно легко меняется. Напротив, компьютерное оборудование - биты и части, из которых он сделан (и периферийные устройства, как мышь и принтер, вы подключаетесь к нему) - в значительной степени исправляется при покупке это с полки. Оборудование - это то, что делает ваш компьютер мощным; возможность запускать различное программное обеспечение - вот что делает его гибким. Тот компьютеры могут выполнять так много разных задач, что делает их такими полезными - и именно поэтому миллионы из нас больше не могут жить без них!

Что такое операционная система?

Предположим, вы вернулись в конец 1970-х годов, когда еще не были изобретены стандартные компьютерные программы.Вы хотите запрограммировать свой компьютер, чтобы он работал как текстовый процессор, чтобы вы могли написать свой первый роман - что относительно легко, но потребует вам несколько дней работы. Через несколько недель вы устаете писать и решаете перепрограммировать свою машину. так что он будет играть в шахматы. Еще позже вы решаете запрограммировать его для хранения вашей коллекции фотографий. Каждый из эти программы делают разные вещи, но они также делают много похожих вещей. Например, все они должны уметь читать клавиши, нажатые на клавиатуре, сохранять данные в памяти и извлекать их, а также отображать символы (или картинки) на экране.Если бы вы писали много разных программ, вы бы обнаружили, что написание одних и тех же программных кодов, чтобы каждый раз выполнять одни и те же базовые операции. Это немного рутинной работы по программированию, так почему бы просто не собрать вместе все части программы, которые выполняют эти основные функции и повторно использовать их каждый раз?

Фотография: Типичная компьютерная архитектура. Компьютер можно представить как серию слоев с аппаратным обеспечением на уровне внизу - BIOS, соединяющий оборудование с операционной системой, и приложения, которые вы фактически используете (например, текстовые процессоры, Веб-браузеры и т. Д.), Работающие поверх этого.Каждый из этих уровней относительно независим, поэтому, например, одна и та же операционная система Windows может работать на ноутбуках с другим BIOS, в то время как компьютер под управлением Windows (или другой операционной системы) может запускать любое количество различных приложений.

Это основная идея операционной системы: это базовое программное обеспечение компьютера, которое (по сути) контролирует основные операции ввода, вывода, хранения и обработки. Вы можете думать об операционной системе как об «основе» программного обеспечения на компьютере, на котором построены другие программы (называемые приложениями).Таким образом, текстовый процессор и шахматная игра - это два разных приложения, которые полагаются на операционную систему для выполнения основного ввода, вывода и так далее. Операционная система полагается на еще более фундаментальную часть программирования, называемую BIOS (базовая система ввода-вывода), которая является связующим звеном между программным обеспечением операционной системы и оборудованием. В отличие от операционной системы, которая одинакова на разных компьютерах, BIOS меняется от машины к машине в зависимости от точной конфигурации оборудования и обычно пишется производителем оборудования.BIOS, строго говоря, не является программным обеспечением: это программа, которая полупостоянно хранится в одна из основных микросхем компьютера, поэтому она известна как прошивка (однако обычно он разработан таким образом, чтобы его можно было время от времени обновлять).

У операционных систем есть еще одно большое преимущество. В 1970-х (и в начале 1980-х) практически все компьютеры были до безумия разными. Все они работали по-своему, уникальным образом с использованием довольно уникального оборудования (разные процессорные микросхемы, адреса памяти, размеры экрана и все остальное).Программы, написанные для одной машины (например, Apple), обычно не запускались бы на любой другой машине (например, IBM) без довольно обширного преобразования. Это было большой проблемой для программистов, потому что это означало, что им приходилось переписывать все свои программы каждый раз, когда они хотели запустить их на разных машинах. Как операционные системы помогли? Если у вас стандартная операционная система и вы настраиваете ее так, чтобы она работала на любой машине, все, что вам нужно сделать, это написать приложения, работающие в этой операционной системе. Тогда любое приложение будет работать на любой машине.Операционная система, которая окончательно совершила этот прорыв, была, конечно же, Microsoft Windows, созданная Биллом Гейтсом. (Важно отметить, что существовали и более ранние операционные системы. Подробнее об этой истории вы можете прочитать в нашей статье об истории компьютеров.)

Что внутри вашего ПК?

Предупреждение! Не открывайте свой компьютер, если вы действительно не знаете, что делаете. Внутри есть опасное напряжение, особенно возле блока питания, и некоторые компоненты могут оставаться под напряжением в течение длительного времени после отключения питания.

Фотография: Внутри корпуса типичного ПК показаны четыре ключевые области компонентов, описанные ниже. Фото Армадни, любезно предоставлено Wikimedia Commons, опубликовано под лицензией Creative Commons.

Внутри типичного ПК все выглядит довольно пугающе и запутанно: печатные платы в виде маленьких «городков» с микросхемами для зданий - радужные спутанные провода, идущие между ними, и черт знает что еще. Но работайте над компонентами медленно и логично, и все начинает обретать смысл.Большая часть того, что вы видите, делится на четыре широкие области, которые я выделил зеленым, синим, красный и оранжевый на этой фотографии.

Блок питания (зеленый)

На основе трансформатора он преобразует домашнее или офисное напряжение питания (например, 230/120 вольт переменного тока) в гораздо более низкое постоянное напряжение, необходимое для электронных компонентов (типичное жесткому диску может потребоваться всего 5–12 В). Обычно есть большой охлаждающий вентилятор снаружи корпуса компьютера рядом с розеткой питания (или гораздо меньший вентилятор на ноутбуке, обычно с одной стороны).В этой машине есть два внешних вентилятора (зеленого и синего цветов) слева, которые охлаждают как блок питания, так и материнскую плату.

Материнская плата (синяя)

Как следует из названия, это мозг компьютера, где и выполняется настоящая работа. Главный процессор (центральный процессор) легко обнаружить, потому что обычно на нем установлен большой вентилятор, который охлаждает его. На этой фотографии процессор находится прямо под черным вентилятором с красным центральным шпинделем.То, что находится на материнской плате, варьируется от машины к машине. Помимо процессора, есть BIOS, микросхемы памяти, слоты расширения для дополнительной памяти, гибкие ленточные соединения с другими печатными платами, соединения IDE (Integrated Drive Electronics) с жесткими дисками и приводами CD / DVD, а также последовательные или параллельные соединения. к таким вещам, как USB-порты и другие порты на корпусе компьютера (часто припаиваются к материнской плате, особенно в ноутбуках).

Другие печатные платы (красные)

Хотя материнская плата может (теоретически) содержать все микросхемы, необходимые компьютеру, для ПК довольно часто используются еще три отдельные печатные платы: одна для управления сетью, одна для обработки графики и одна для обработки звука.

• Сетевая карта (также называемая сетевой картой / контроллером, NIC или сетевым адаптером), как следует из названия, соединяет ваш компьютер с другими машинами (или такими вещами, как принтеры) в компьютерная сеть (как правило, это локальная сеть, LAN, дома или в офисе, или более широкий Интернет) с использованием системы, называемой Ethernet. Старые компьютеры могут иметь отдельную карту беспроводной сети (WLAN) для подключения к Wi-Fi; более новые, как правило, имеют одну сетевую карту, которая поддерживает как Ethernet, так и Wi-Fi.На некоторых компьютерах есть микросхемы, которые обеспечивают работу всей сети на материнской плате.
• Графическая карта (также называемая видеокартой или видеоадаптером) - это часть компьютера, которая выполняет все, что связано с дисплеем. Почему этого не делает центральный процессор? На некоторых машинах это может быть, но это замедляет как основную обработку машины, так и графику. Автономные графические карты появились в самом первом ПК IBM PC, который имел автономный адаптер дисплея еще в 1981 году; мощные графические карты в современном стиле для 3D-игр с высоким разрешением и полноцветными играми, выпущенные в середине 1990-х годов и впервые использованные такими компаниями, как Nvidia и ATI.
• Звуковая карта - еще одна автономная печатная плата, основанная на цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи: он превращает цифровую (числовую) информацию, с которой работает центральный процессор, в аналоговые (постоянно меняющиеся) сигналы, которые могут питать колонки; и преобразует аналоговые сигналы, поступающие с микрофона, в цифровые сигналы, понятные процессору. Как и в случае с сетью и графикой, звуковые карты или звуковые чипы могут быть интегрированы в материнскую плату.

Приводы (оранжевые)

ПК обычно имеют один, два или три жестких диска плюс устройство чтения / записи CD / DVD.Хотя на некоторых машинах есть только один жесткий диск и один комбинированный привод CD / DVD, у большинства есть пара пустых слотов расширения для дополнительных приводов.

обычно проектируют и производят собственные материнские платы, но большинство компонентов, которые они используют, являются стандартными и модульными. Так, например, ваш ПК Lenovo или ноутбук Asus может иметь жесткий диск Toshiba, графическую карту Nvidia, звуковую карту Realtek и т. Д. Даже на материнской плате компоненты могут быть модульными и plug-and-play: «Intel Inside» означает, что у вас под вентилятором установлен процессор Intel.Все это означает, что очень легко заменить или обновить компоненты ПК, когда они изнашиваются или устаревают; вам не нужно выбрасывать всю машину. Если вы заинтересованы в том, чтобы повозиться, в разделе «Как работают компьютеры» ниже есть пара хороших книг, которые проведут вас через этот процесс.

Разъёмы внешние («порты»)

Вы можете подключить свой компьютер к периферийным устройствам (внешним устройствам, таким как струйные принтеры, веб-камеры и карты флэш-памяти) либо с проводным соединением (последовательный или параллельный кабель), либо с беспроводным (обычно Bluetooth или Вай-фай).Много лет назад компьютеры и периферийные устройства использовал ошеломляющую коллекцию различных соединителей для связывания для другого. В наши дни практически все ПК используют Стандартный способ соединения между собой называется USB (универсальная последовательная шина). USB предназначен для работы по принципу «подключи и работай»: все, что вы подключаете к компьютеру, работает более или менее прямо из коробки, хотя вам, возможно, придется подождать, пока ваш компьютер загрузится драйвер (дополнительное программное обеспечение, которое сообщает ему, как использовать это конкретное оборудование).

Фото: USB-порты на компьютерах очень надежны, но время от времени они ломаются, особенно после многих лет использования.Если у вас есть ноутбук со слотом PCMCIA, вы можете просто вставить карту USB-адаптера, подобную этой, чтобы создать два новых порта USB (или добавить еще два порта, если вам не хватает).

Помимо упрощения обмена данными, USB также обеспечивает питание таких вещей, как внешние жесткие диски. Два внешних контакта USB-штекера - это разъемы питания +5 В и заземления, в то время как внутренние контакты несут данные. Когда вы подключаете свой телефон к USB-порт в автобусе или поезде, вы просто используете внешние контакты для зарядки аккумулятор.

USB обеспечивает гораздо больше возможностей подключения, чем старые последовательные компьютерные порты. Он разработан так, что вы можете подключать его разными способами, либо с по одному периферийному устройству, подключенному к каждому из ваших USB-разъемов или через USB-концентраторы (где один USB-штекер дает вам доступ к целому ряду USB-разъемов, к которым может быть подключено больше концентраторов и розеток). Теоретически к одному компьютеру может быть подключено 127 различных USB-устройств.

Как работает компьютер?

Компьютер - это машина, состоящая из аппаратных и программных компонентов. Компьютер получает данные через устройство ввода в соответствии с заданными ему инструкциями и после обработки данных отправляет их обратно через устройство вывода. Как это работает вместе, чтобы компьютер работал?

Устройства ввода компьютера могут зависеть от типа компьютера, с которым мы имеем дело, но чаще всего мы обнаруживаем, что на компьютере установлены мышь, клавиатура, сканер или даже приложения (программное обеспечение).Как только данные были получены, центральный процессор (ЦП) вместе с другими компонентами берет на себя и обрабатывает предоставленную информацию. Как только данные будут готовы, они будут отправлены обратно через устройство вывода, которым может быть монитор, динамик, принтер, порты и т. Д.

Чтобы лучше представить себе, как работает компьютер, знание того, что внутри, облегчит задачу. Вот основные компоненты компьютера:

• CPU - центральный процессор, или центральный процессор, считается самым важным компонентом компьютера и не зря.Он обрабатывает большинство операций, которые заставляют его функционировать, обрабатывая инструкции и передавая сигналы другим компонентам. ЦП - это главный мост между всеми основными частями компьютера.
• RAM - Оперативная память, или сокращенно ОЗУ, - это компьютерный компонент, в котором данные, используемые операционной системой и программными приложениями, хранятся, чтобы ЦП мог их быстро обработать. Все, что хранится в ОЗУ, теряется при выключении компьютера. В зависимости от приложений, которые вы используете, обычно существует максимальный предел оперативной памяти, который вам понадобится для правильной работы компьютера.
• HDD - Также известный как жесткий диск, это компонент, в котором хранятся фотографии, приложения, документы и т. Д. Хотя они все еще используются, у нас есть гораздо более быстрые типы устройств хранения, такие как твердотельные накопители (SSD), которые также более надежны.
• Материнская плата - У этого компонента нет аббревиатуры, но без него не может быть компьютера. Материнская плата служит домом для всех остальных компонентов, позволяет им общаться друг с другом и дает им энергию для работы.Существуют компоненты, которые не требуют физического подключения к материнской плате для работы, такие как Bluetooth или Wi-Fi, но, если нет соединения или какого-либо сигнала, компьютер не узнает об этом.
• Видео и звуковые карты - Два компонента, которые помогают пользователю взаимодействовать с компьютером. Хотя можно использовать компьютер с отсутствующей звуковой картой, на самом деле невозможно использовать его без видеокарты. Звуковая карта используется в основном для воспроизведения звука через динамик.Однако для отправки изображений на экран используется видеокарта. Без него все равно что смотреть на пустой монитор.
• Сетевой адаптер - Хотя на самом деле он не требуется для работы компьютера, сетевой адаптер улучшает взаимодействие с пользователем, поскольку обеспечивает доступ к Интернету. Современные компьютеры с такими операционными системами, как Windows 10, не будут предлагать пользователю все свои функции без подключения к Интернету.

Если у вас возникли проблемы с какими-либо внутренними или внешними компонентами вашего компьютера, не стесняйтесь обращаться к Geeks on Site.Наши опытные специалисты готовы помочь вам с любыми проблемами с компьютером и часто могут сделать это удаленно, проведя вас через несколько шагов, чтобы предоставить им доступ к вашему компьютеру.